鈦合金汽門桿-晉升高檔改裝車的第一步,雖然大家都看不見

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當前碳中和議題持續發酵,美國更是宣布在2030 年以前讓溫室氣體排放較2005 年減少50~52%,或許有的人會覺得這議題和個人風馬牛不相干,不過實際上卻持續影響每個人『生存』品質,這裡強調的『生存』就是指每天所需花費,如蘋果IPhone手機要求旗下所有供應商都要提出每年減碳足跡證明,才能持續供貨,假設蘋果沒有做任何事,手機外銷到世界各國的時候將會被課高昂的碳稅,而要證明供應商有減碳除了使用綠電外就是使用更節能的新設備,最終這些成本都會轉嫁消費者身上。
減碳應用在汽車工業上則大都以透過『輕量化車體』節省燃料與減少污染,整體重量每減少10%,燃料消耗量即可節省8~10%,並可同時降低10%的廢氣排放量,其主要關鍵在於零組件材料的選用,例如以比強度高的鋁、鎂、鈦輕質材料替代傳統碳鋼材質;而鈦合金的密度為4.5 g/cm3約碳鋼的60%,也就是在相同尺寸部品條件下可以減輕40%的車體重量,其主要應用分佈在發動機汽門、連桿、曲軸與一些底盤部件。
發動機在壓縮作動時會產生約500℃的高溫,其中進氣門受到新鮮空氣的冷卻,溫度約在300~400℃,排氣門就比較辛苦了,受到高溫廢氣的沖刷溫度會達到600~800℃之間,尤其是汽門桿更是直接與高溫燃氣接觸,因此在材質上必須有足夠的剛性強度以及耐熱性,現今的汽門桿大多採用JIS SUH3燒入硬化的特殊耐熱合金、JIS SUH36 (21-4N) 高級耐熱合金鋼、STELLITE鈷鉻鎢合金鋼等材質製成,對於高效能引擎來說,汽門桿如果能夠輕量化,相對可減少搖臂和汽門彈簧的負擔,進而穩定進排氣效率達到節能的目的,因此在高階車款的汽門桿常以鈦合金材質打造,既能夠達到應有的強度又可以輕量化並在高溫擁有良好的散熱效率。
鈦合金汽門桿一般在進氣部分因溫度較低通常使用α+β型的Ti-6Al-4V(Ti-64),而排氣門則使用較耐熱的近似α型Ti-6Al-2Sn-4Zn-2Mo(Ti-6242),並分為一體鍛造成形與兩片式焊接型式(節省成本),大部分以鍛造為主,而鈦合金在鍛造時必須要了解以下一些特性,避免不良品的產生。
1. 鋁、銅、鐵、鎳合金導熱率隨著溫度上升而下降,鈦合金則隨溫度升高而增加,同時避免加熱粗晶與吸氫現象,因此應分兩階段加熱,第一階段緩慢加熱至650~700℃(因低溫熱傳率較慢),然後快速加熱至所需溫度(高溫熱傳率和鋼相近)。
2. 精密鍛造時最好以惰性氣體保護,而鈦合金在700~800℃純氮氣條件下會生成一氮化鈦,降低鍛造時的變形能力,因此透過加熱爐內通以氬氣保護,但因氬氣保護加熱設備成本較高,故大都採取玻璃塗層保護並在普通電阻爐加熱,避免表面生成氧化層與減少α層厚度,同時起到變形潤滑作用。
3. 工作中斷時應將爐溫降至700℃,繼續工作時再快速度升溫至鍛造溫度,長時間中斷時,應將胚料取出並置於石棉板或乾砂上冷卻。
#之前一個非常要好的同學兼朋友和我討論過相關需求
#高長徑比打頭聚料版上有高手
#鈦合金都是高檔貨
鈦合金汽門的材料種類與鍛造
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鑒於多數產品開發屬於連續製程,常需串連各類成形工法達成客戶要求,當前成形技術研究大都著重單點項目,以鍛造、沖壓、加工為主;因此將整合各項固態金屬成形技術與資源(涵蓋鍛造、擠型、軋延、抽製、旋壓/鍛、沖壓、液壓鼓脹、CAE),協助在職者或有興趣的朋友一同深入討論。
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